煤层注碱治理矿井硫化氢涌出危害研究

为治理煤矿井下硫化氢涌出危害,根据矿井硫化氢动态涌出规律,提出采用煤层注碱治理硫化氢的方法。根据煤炭回采速度和硫化氢涌出浓度,推导注碱参数关系式。以山西某矿E902工作面为典型案例进行现场注碱试验,研究硫化氢涌出规律及煤层注小苏打（Na HCO3）溶液治理硫化氢的效果。监测发现注碱57 h后,注碱孔6 m范围内硫化氢体积分数降低0.001%~0.003%;钻孔注碱时,距工作面26~58 m注入流量较稳定。结果表明：煤层注Na HCO3碱溶液能有效降低硫化氢涌出浓度。

高硫化氢巷道煤层注碱防治参数优选及现场应用

煤矿井下硫化氢超限不但伤害作业人员,也会损坏井下设备。山西某煤矿巷道内水中硫化氢浓度为228.19 mg/m^(3),空气中硫化氢浓度为45.64 mg/m^(3),属于高硫化氢煤矿,拟采用煤层钻孔注碱的方法治理硫化氢。为确定最佳注碱参数,本文采用COMSOL Multiphysics软件对煤层注碱治理硫化氢的过程及效果开展单孔和双孔注碱数值模拟。结果表明:距离钻孔中心越远,煤层所受到的注碱压力越小;注碱时间越长,碱液的扩散范围越大,碱液的扩散速度随扩散范围的变大而逐渐减小;双孔注碱距离过近时,串流现象导致相同时间下碱液扩散范围变小;得出模拟最优方案为:孔距10 m、压力8 MPa、注碱时间48 h。在13103工作面注碱后,进行了为期28 d的现场数据监测,测得回风流硫化氢浓度最高为9.13 mg/m^(3),回采中未超限,表明最佳注碱参数可指导煤层注碱工作。

煤层注碱治理硫化氢数值模拟与应用

煤层注碱可有效降低矿井硫化氢涌出,为分析碱液在煤层中与硫化氢的反应规律,应用COMSOL Multiphysics软件化学反应模块,对铁新矿煤层注碱(NaHCO3)治理硫化氢进行了数值试验研究.假定碱液在煤裂隙中的流动满足N-S方程,在煤基质微孔中流动满足Brinkman方程,反应物质变化满足对流扩散方程,根据煤层硫化氢赋存特征和注碱参数,研究碱液在煤层中的流动规律以及煤层硫化氢治理效果.结果表明:碱液浸润的煤层区域,硫化氢含量得到有效降低,注碱影响范围随注碱时间逐渐增大.连续注碱18h,距孔7~9 m,硫化氢体积分数降低51.3%以上,7m以内煤层硫化氢几乎完全中和.参考模拟结果,拟采用煤层注碱孔距为8~10m.在W910工作面进行了孔距为8m的煤层注碱试验,注碱后回风流硫化氢体积分数最高为5.6×10^(-6),回采中未超限,表明模拟结果可指导煤层注碱工作.

煤层注碱治理硫化氢工艺参数研究

针对铁新煤矿硫化氢涌出危害,提出采用煤层注碳酸氢钠溶液进行治理,根据理论分析和现场试验确定了煤层注碱工艺参数,包括注碱压力、注碱量、注水量和超前注碱距离。根据渗流理论建立了注碱影响半径与钻孔注碱压力之间的关系表达式,表明碱液浓度和煤层渗透率一定时,注碱影响半径的平方与注碱压力成正比关系,与碱液注入量成反比关系;根据化学反应物质的量守恒定律,确定了吨煤硫化氢完全中和及注碱钻孔控制范围硫化氢完全中和所需的小苏打用量;根据碱液质量分数,研究确定了钻孔注水量;进行了现场注水试验,研究表明:超前工作面24~65 m,钻孔注水量较高。进行了现场注碱试验,研究表明距工作面25~50 m区域,煤层钻孔注碱量较高,达0.2~0.5 m3/h,由硫化氢涌出量监测可知,钻孔注碱量越多,回采注碱煤层硫化氢涌出量降低越快,硫化氢治理效果越好,表明确定的注碱工艺参数可行。

高硫工作面合理注碱孔距数值模拟与试验研究

通过向煤层中注入碱液能显著减少工作面硫化氢的产生,为获得注碱后煤层中碱液与硫化氢的分布规律,借助COMSOL数值模拟软件中化学反应模块,数值模拟研究两渡煤业21003工作面煤层注入碱液(NaHCO_3)降低硫化氢。假设NaHCO_3液体沿着煤层裂缝裂隙的运移符合N-S方程,沿着煤基质微孔运移符合BRINKMAN方程,物质发生化学反应变化符合对流扩散方程,结合矿井硫化氢赋存条件及注碱相关参数,分析注入碱液后在煤层中的运移扩散规律和H_2S治理情况。模拟结果证明:碱液所经过的煤层范围,硫化氢含量发生明显减小,随着注碱时间的延长注碱影响面积在扩大。持续不断注碱18h之后,离注碱钻孔7~9m,煤层硫化氢含量下降51.3%以上,距离钻孔小于7m的范围煤层硫化氢基本被完全中和。根据数值模拟结果,决定施工8~10m间距的煤层注碱钻孔。在21003工作面开展8m间距的注碱钻孔试验,注入碱液之后工作面回风流硫化氢浓度最大为5.6×10~(-6),工作面回采过程中没有发生超限现象,揭示数值模拟结果能很好的指导现场开展注碱治理硫化氢工作。

沙坪煤业13号煤层碱液与硫化氢反应规律数值模拟

针对H2S在煤矿中难以治理的问题,通过数值仿真软件COMSOL Mutiphysics中以沙坪煤业13号煤层为原型建立三维模型,开展煤层注碱数值模拟研究,分析不同压力和孔数时碱液(Na_(2)CO_(3))与H2S的反应规律。结果表明,单孔注碱时随着时间的增长注碱影响范围越大,双孔注碱时随着注碱压力的增大,碱液的扩散范围也在逐渐增大。压力在4 MPa下,注碱48 h,单孔注碱最远达到6.4 m,双孔注碱最远达到9.8 m。在13号煤层现场应用中,现场采用多孔注碱方式,煤层注碱时的孔间距为8 m、注碱压力为4 MPa,证明模拟结果对实践应用有显著效果。